Привод перемещения запорного органа Российский патент 2019 года по МПК F15B15/02 F16K31/122 

Изобретение относится к области арматуростроения и может быть использовано в качестве привода пневмоприводной отсечной арматуры на магистральных нефтепроводах, газопроводах, на предприятиях энергетического комплекса, нефтеперерабатывающей и химической промышленности, где требуется пневмопривод с алгоритмом работы «подъем, поворот, опускание».

Известен пробковый кран с подъемом конической пробки (См. «Конструирование и расчет трубопроводной арматуры», Гуревич Д.Ф. Изд-во «Машиностроение», М, 1968, стр. 121, рис. 98). При открывании крана пробка перед поворотом поднимается на некоторую высоту, необходимую для того, чтобы во время поворота устранить трение и изнашивание уплотнительных поверхностей. Преобразование поступательного движения шпинделя во вращательное движение пробки происходит благодаря винтовому механизму, созданному на нижнем штоке пробки. Несамотормозящая резьба с большим шагом в паре с двумя штифтами, установленными в корпусе, заставляет поворачиваться пробку при вертикальном ее перемещении.

Недостатком этого решения являются низкая надежность, невозможность передачи большого крутящего момента, возможность заклинивания, сложность конструкции, большие габариты механизма (отдельный механизм преобразования и отдельно привод), а также кинематически связанные между собой функции «подъем, поворот».

Так же известен пробковый кран с подъемом, поворотом и опусканием конической пробки (См. «Конструирование и расчет трубопроводной арматуры», Гуревич Д.Ф. Изд-во «Машиностроение», М, 1968, стр. 61, рис. 31). При открывании и закрывании крана пробка сначала поднимается на некоторую высоту, поворачивается и затем опускается. Последовательные действия подъема, поворота и опускания пробки осуществляется с помощью механизма, основными деталями которого являются шпиндель с гайкой, вилка и ползун с роликом. Управление механизмом осуществляется с помощью пневмопривода.

Недостатком такого решения являются низкая надежность, невозможность передачи большого крутящего момента, возможность заклинивания, большие габариты механизма (отдельный механизм преобразования и отдельно привод), а также кинематически связанные между собой функции «подъем, поворот, опускание».

Кроме того, известно устройство пневмогидропривода манипулятора (А.с. RU 868138, F15B 15/02, от 07.01.1980), которое по решаемой задаче и большинству сходных признаков принято за прототип. Привод манипулятора, содержащий корпус, закрытый фланцами, шток, имеющий возвратно-поступательное и поворотное движение относительно корпуса, поршень, зафиксированный на штоке в осевом направлении, и механизм поворота штока, установленный внутри поршня и взаимодействующий со штоком посредством зубчатой передачи, причем движение поршня и механизм поворота штока не имеют кинематической связи.

Недостатком данного решения являются низкая надежность, невозможность передачи большого крутящего момента и возможность заклинивания.

Низкая надежность привода вызвана тем, что механизм поворота очень сложно уплотнить по рабочей среде относительно поршня, особенно по зубчатому зацеплению, т.е. через механизм поворота осуществляется постоянная утечка управляющей среды.

Изготовление зубчатой передачи из упругого неметаллического материала для целей уплотнения, не позволяет передавать большие крутящие моменты.

Наличие эксцентриситета между осями поршней и штока, для фиксации от поворота, создает возможность заклинивания.

Технической задачей предлагаемого технического решения является создание герметичного по управляющей среде привода, в цилиндре корпуса которого, механизм поворота находится внутри подъемного поршня без кинематической связи между ними.

Технический результат, полученный от решения поставленной задачи, заключается в увеличение крутящего момента, отсутствии заклинивания, достижение герметичности по управляемой среде, и, следовательно, увеличение надежности.

Задача решается тем, что в приводе перемещения запорного органа, состоящего из корпуса с днищем и крышкой, снабженными штуцерами подвода и отвода управляющей среды, поршня возвратно-поступательного действия, расположенного во внутренней полости корпуса и выполненного в виде полого цилиндра, внутри которого размещен шток, имеющий возможность поворота, между внутренней поверхностью поршня возвратно-поступательного действия и штоком установлен дополнительный поршень поворотного действия, снабженный несамотормозящей резьбой, взаимодействующей с ответной несамотормозящей резьбой, выполненной на штоке и обеспечивающей поворот штока, а от поворота относительно поршня возвратно-поступательного действия поршень поворотного действия зафиксирован, причем на наружной поверхности поршня возвратно-поступательного действия выполнены кольцевые проточки со сквозными отверстиями, соединяющими полости под и над поршнем поворотного действия с размещенными на корпусе штуцерами подвода и отвода управляющей среды, предназначенной для поршня поворотного действия.

Несамотормозящая резьба выполнена трапецеидальной и многозаходной.

Поршень поворотного действия зафиксирован от поворота относительно поршня возвратно-поступательного действия с помощью шпоночного или шлицевого соединения.

Передача больших крутящих моментов достигается за счет применения поршня поворотного действия с несамотормозящей резьбой.

Увеличение надежности достигается за счет использования уплотнительных колец и создания герметичности по управляющей среде.

На фиг. 1 изображен привод перемещения запорного органа.

На фиг. 2 изображен общий вид крана с приводом перемещения запорного органа.

Привод для перемещения запорного органа позволяет обеспечить поступательное вертикальное перемещение и поворотное движение штока с закрепленным на нем запорным органом, а также создание предварительного усилия на уплотнительных поверхностях запорного органа.

Привод перемещения запорного органа состоит из корпуса 1, снабженного крышкой 2 и днищем 3. Во внутренней полости корпуса 1 установлен поршень возвратно-поступательного действия, выполненный в виде полого цилиндра 4 с двумя упорными втулками 5 и 6. Поршень возвратно-поступательного действия закреплен на штоке 7 и зафиксирован от поворота относительно корпуса 1 с помощью шлицевого соединения 8. Между внутренней поверхностью поршня возвратно-поступательного действия и штоком 7 установлен дополнительный поршень поворотного действия 9, снабженный несамотормозящей резьбой 10, осуществляющей поворот штока 7, например, в подшипниках качения 11. На штоке 7 выполнена ответная несамотормозящая резьба 12. Поршень поворотного действия 9 зафиксирован от поворота относительно поршня возвратно-поступательного действия, например, шлицевым соединением 13. В крышке 2 и днище 3 размещены штуцеры 14 и 15 соответственно, для подвода и отвода управляющей среды, обеспечивающей перемещение поршня возвратно-поступательного действия на подъем и опускание запорного органа 16. На наружной поверхности полого цилиндра 4 выполнены кольцевые канавки 17 со сквозными отверстиями 18, соединяющими полости 19, образующиеся над и под поршнем поворотного действия 9 при его повороте относительно штока 7 со штуцерами 20 и 21 подвода и отвода управляющей среды, предназначенной для перемещения поршня поворотного действия 9.

Работает привод следующим образом.

Исходное положение - кран закрыт.При этом в полости над поршнем возвратно-поступательного действия и поршнем 9 поворотного действия находится управляющий воздух под давлением. Для подъема запорного органа 16 полость над поршнем возвратно-поступательного действия через штуцер 14 соединяется с атмосферой, а полость под этим поршнем через штуцер 15 заполняется управляющим воздухом. Поршень возвратно-поступательного действия поднимается вверх до упора в крышку 2. Запорный орган 16 выходит из конусной поверхности 22. После чего, полость над поршнем 9 поворотного действия через штуцер 20, соединяется с атмосферой, а полость под поршнем через штуцер 21 заполняется управляющим воздухом, поршень 9 поднимается вверх до упора, при этом шток 7 с запорным органом 16 за счет несамотормозящей резьбы совершает поворот на 90°. Далее полость под поршнем возвратно-поступательного действия через штуцер 15 соединяется с атмосферой, а полость над поршнем через штуцер 14 заполняется управляющим воздухом, и шток 7 с запорным органом 16 под действием поршня возвратно-поступательного действия опускается в нижнее положение до упора запорного органа 16 в коническую поверхность 22 - кран открыт.

Привод для перемещения запорного органа позволяет обеспечить поступательное вертикальное перемещение и поворотное движение штока с закрепленным на нем запорным органом, а также создать предварительное усилие на уплотнительных поверхностях запорного органа.

Привод перемещения запорного органа состоит из корпуса с днищем и крышкой, снабженными штуцерами подвода и отвода управляющей среды, поршня возвратно-поступательного действия, расположенного во внутренней полости корпуса и выполненного в виде полого цилиндра, с двумя упорными втулками, внутри которого размещен шток, имеющий возможность поворота. Между внутренней поверхностью поршня возвратно-поступательного действия и штоком установлен дополнительный поршень поворотного действия, снабженный несамотормозящей резьбой, взаимодействующей с ответной несамотормозящей резьбой, выполненной на штоке и обеспечивающей поворот штока, а от поворота относительно поршня возвратно-поступательного действия поршень поворотного действия зафиксирован. На наружной поверхности поршня возвратно-поступательного действия выполнены кольцевые проточки со сквозными отверстиями, соединяющими полости под и над поршнем поворотного действия, с размещенными на корпусе штуцерами подвода и отвода управляющей среды, предназначенной для поршня поворотного действия. Изобретение направлено на увеличение крутящего момента. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Привод перемещения запорного органа, состоящий из корпуса с днищем и крышкой, снабженными штуцерами подвода и отвода управляющей среды, поршня возвратно-поступательного действия, расположенного во внутренней полости корпуса и выполненного в виде полого цилиндра, с двумя упорными втулками, внутри которого размещен шток, имеющий возможность поворота, отличающейся тем, что между внутренней поверхностью поршня возвратно-поступательного действия и штоком установлен дополнительный поршень поворотного действия, снабженный несамотормозящей резьбой, взаимодействующей с ответной несамотормозящей резьбой, выполненной на штоке и обеспечивающей поворот штока, а от поворота относительно поршня возвратно-поступательного действия поршень поворотного действия зафиксирован, причем на наружной поверхности поршня возвратно-поступательного действия выполнены кольцевые проточки со сквозными отверстиями, соединяющими полости под и над поршнем поворотного действия с размещенными на корпусе штуцерами подвода и отвода управляющей среды, предназначенной для поршня поворотного действия.

2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что несамотормозящая резьба выполнена трапецеидальной и многозаходной.

3. Привод по п. 1, отличающийся тем, что поршень поворотного действия зафиксирован от поворота относительно поршня возвратно-поступательного действия с помощью шпоночного или шлицевого соединения.